Glavni Novice Prva meritev nevtronske 'kože' odkriva skrivnosti eksplodiranih zvezd

Prva meritev nevtronske 'kože' odkriva skrivnosti eksplodiranih zvezd

3D ilustracija nevtronske zvezde v plinski meglici.

3D ilustracija nevtronske zvezde v plinski meglici. (Zasluge za sliko: Shutterstock)

Fiziki so prvič izmerili mikroskopsko tanko kožo nevtronov, ki obdajajo notranjost atomov svinca, in ugotovili, da je debelejša od pričakovanj. Odkritje bi lahko pomagalo razkriti nekatere skrivnosti nevtronskih zvezd - ultragostih zvezdnih trupel, ki so polna nevtronov.

Nenavadno si je predstavljati kožo atoma. Priljubljena podoba atomskega jedra ponavadi prikazuje protone in nevtrone, ki so naključno zapakirani skupaj znotraj krogle - kot žogice v staromodnem steklenem razpršilniku. Toda v resnici težji elementi ponavadi porazdelijo svoje gradnike bolj neenakomerno, pri čemer so nekateri nevtroni potisnjeni navzven, da tvorijo tanko 'kožo', ki obdaja jedro mešanih nevtronov in protonov.

Povezano : 8 načinov, kako lahko vidite Einsteinovo teorijo relativnosti v resničnem življenju

'Protoni v svinčenem jedru so v krogli in ugotovili smo, da so nevtroni v večji krogli okoli njih, in temu pravimo nevtronska koža,' je soavtor študije Kent Paschke, profesor eksperimentalne jedrske in delcev. fizike na Univerzi v Virginiji, je dejal v izjavi .

Ker prevleka nastane zaradi čiste gostote notranjih protonov in nevtronov, ki pritiskajo na preostale nevtrone, je meritev nevtronske prevleke priročen način za merjenje gostote celotnega jedra. Da bi to naredili, so se raziskovalci lotili merjenja razlike v velikosti med 'notranjo' in 'zunanjo' sfero svinca-208 – izotopasvinecs 126 nevtroni in 82 protoni.

Ugotavljanje velikosti notranje krogle je bilo dokaj enostavno in že prej. Paschke in njegova ekipa so izstrelili električno nabite delce na pozitivno nabite protone v središču atoma in nato izmerili, kako se nabiti delci odbijajo od protonov. Nevtroni zunanje sfere pa nimajo naboja. To pomeni, da je bila potrebna drugačna metoda za merjenje njihove gostote - ena z uporabo kotne količine razpršenih elektronov.

Z izstrelitvijo natančno nadzorovanega žarka elektronov v tanko plast izotopa svinca, ohlajenega na kriogene temperature, da bi jedra postala stacionarna tarča, so raziskovalci izmerili poseben način, na katerega so bili elektroni s specifičnimi kotnimi momenti odklonjeni po interakciji z nevtroni. Ker so bili elektroni pogosteje odklonjeni v eno smer, ko so imeli določen kotni moment, so lahko raziskovalci uporabili odklonjene elektrone, da bi ustvarili sliko debeline nevtronske kože. Ugotovili so, da je debel približno 0,28 bilijonink milimetra, deset milijardkrat tanjši od rdečih krvničk. To je nekoliko debelejše, kot so fiziki najprej mislili, da bo.

'To je najbolj neposredno opazovanje nevtronske kože. Ugotavljamo, čemur pravimo toga enačba stanja - višji tlak od pričakovanega, tako da je te nevtrone težko stlačiti v jedro,' je dejal Paschke. Enačba stanja je enačba, ki opisuje stanje snovi pod danim nizom pogojev. 'In tako ugotavljamo, da je gostota v jedru nekoliko nižja, kot je bilo pričakovano.'

Poznavanje debeline te kože ni nujno le za razumevanje lastnosti atomov, ampak tudi za razumevanjenevtronske zvezde— ultragosti ostanki masivnih zvezd, ki so nastale po ogromnih zvezdnih eksplozijah ali supernovah. Ker so nevtronske zvezde sestavljene iz 90 % nevtronov, bo razumevanje, kako se nevtroni strukturirajo znotraj atomov, osvetlilo tudi omejitve, ki jih postavljajo na velikost teh skrivnostnih zvezdnih ostankov – in kako se zdi, da nevtronska koža prenehagravitacijaod mečkanja, dokler ne postanejo črne luknje .

Ker je svinec eden najgostejših materialov na Zemlji, je gostota njihove nevtronske kože odlična primerjava z neverjetno gosto nevtronsko zvezdo. Druga ekipa raziskovalcev, ki je delala na podlagi študije prve ekipe v svincu, je lahko posodobila prejšnje ocene polmera nevtronske zvezde z največ 7,5 milj (12 kilometrov) na največ 8,9 milj (14,25 km).

'V laboratoriju ne moremo izvesti nobenega eksperimenta, ki bi lahko raziskal strukturo nevtronske zvezde,' je Jorge Piekarewicz, soavtor druge študije in fizik na Florida State University, je dejal v izjavi . Nevtronska zvezda je tako eksotičen objekt, da ga nismo mogli poustvariti v laboratoriju. Torej je vse, kar lahko naredimo v laboratoriju, da omejimo ali obvestimo o lastnostih nevtronske zvezde, zelo koristno.'

Kljub preliminarni naravi teh rezultatov je bil Piekarewicz prepričan, da jih bodo uporabili skupaj s prihodnjimi rezultati za nadaljnje odkrivanje skrivnostne narave nevtronskih zvezd.

'Premika meje znanja,' je dejal Piekarewicz. 'Vsi želimo vedeti, od kod prihajamo, iz česa je sestavljeno vesolje in kakšna je končna usoda vesolja.'

The prvi in drugo obe ekipi sta svoje ugotovitve objavili 27. aprila v reviji Physical Review Letters.

Prvotno objavljeno na Live Science

Zanimivi Članki